校园网计费系统设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上校园网计费系统设计摘 要：本次设计是基于因特网主要根据IP协议通过IP包实现数据在网络上的传送。与内部网络相连的计算机均有唯一的合法IP地址（至少在内部网络是合法的），用户可通过这些计算机访问因特网上的资源。由于一台计算机同时只能由一个人使用，通过记录某一用户在某段时间内某台计算机（其实为某个IP）上的数据流量来实现记录用户的信息流量费。关键词：因特网，计费系统，外部IPAbstract: This design is based on Internet based primarily on the IP protocol through IP packets of

2、data sent over the network. And the internal network connected computers are the only legitimate IP address (at least in the internal network to be legitimate), users can access the Internet through these computer resources. Because a computer at the same time by a single individual, by logging a us

3、er in a certain period of time in a computer (actually to a IP) on the data flow to record the user's information flow.Keywords: Internet, Billing system, External IP目 录专心-专注-专业1 前言在当今网络应用日益广泛的情况下，网络计费作为网络管理的一部分，他的地位日益突出，几乎所有的网络建设者和服务提供商都用了网络计费管理系统，但是由于网络计费系统基于的原理不一样，在实际使用过程中会出现很多不适应用户实际情况的现象。为了

4、给网络计费开发人员提供一个比较全面的技术比较，我们对各种计费技术及其适用范围作以整理，以利于广大开发人员依据此原理根据实际情况，开发出适合用户需要的网络计费管理产品。随着因特网的快速发展，国内学校纷纷筹建校园网并将其与因特网相连，并申请若干IP地址。网络互连带来极大方便的同时也带来了一些相关的管理问题：首先是要防止外部网络的非法登陆，其次是网络计费，最后是内部网络管理。尤其是前两个问题更显得重要和紧迫。为了解决以上问题必须采取一定的机制来控制通过内部网络对外部网络的访问，同时也要控制通过外部网络对内部网络的访问。根据实际需求，我们设计了一套符合以上功能要求的网络计费系统，并在实际应用中取得了良

5、好效果。2 总体方案设计通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我主要提出了二种技术方案来实现系统功能。下面我将首先对这二种方案的组成框图和实现原理分别进行说明，并分析比较它们的特点，然后阐述我最终选择方案的原因。2.1方案论证因特网主要根据IP协议通过IP包实现数据在网络上的传送。与内部网络相连的计算机均有唯一的合法IP地址（至少在内部网络是合法的），用户可通过这些计算机访问因特网上的资源。由于一台计算机同时只能由一个人使用，通过记录某一用户在某段时间内某台计算机（其实为某个IP）上的数据流量来实现记录用户的信息流量费。设计中采用了两个方案，具体的方案见方案一和方案二。方案一：计费系

6、统位于内部网络与外部网络的接口处，如图2-1所示。这种系统的物理结构简单且易于实现，但对安装计费系统的计算机的性能要求比较高，尤其是当上网人数较多、网络流量较大时，此处往往成为瓶颈，限制了网络速度。特别是对于宽带的情况下，对整体性能影响比较明显。因特网计费系统内部网络图2-1 方案一的原理图方案二：是一种基于路由器的流量计费方式。内部网络与计费软件共同接于同一HUB，通过HUB经Router与因特网相连，如图2-2所示。这种结构对安装计费系统的机器性能要求不高，只需普通PC即可。但是，这种结构要求Router必须有且打开了IP Counting功能，而且HUB必须具有较高性能。Router因特

7、网HUB计费系统内部网络图2-2 方案二的原理图2.2 方案选择理论上两种方案都可行，都能达到实验目的。但是方案一对计算机的性能要求比较高，尤其是当上网人数较多、网络流量较大时，网络速度比较慢，而方案二则不会，相比之下决定选择方案二作为此次设计方案。3 单元模块设计本节主要介绍系统各单元模块的具体功能、工作原理、以及各个单元模块之间的联接关系。校园网计费系统可以分为三个子系统：局域网代理用户计费子系统、拨号上网用户计费子系统、电子邮件用户计费子系统。3.1各单元模块功能介绍 主要介绍各单元模块功能及相关电路结构图，具体说明如下。3.1.1 局域网代理用户计费子系统的分析教育科研网规定，校园网发

8、生的国内流量不收费，而发生的国际入流量将要按照收费标准进行收费。因此，在我校，为了更好地提高大家的入网用网的积极性，也按照同样的收费标准进行收费。我们在校园网出口路由器上做了设置，让所有发生国内流量的数据包全部通过，对发生国际流量的数据包只允许几台机器通过。同时设置一台高档的计算机作为代理服务器，让代理服务器可以发生国际流量，并在代理服务器上开设帐号，这样，我校用户就可以通过代理服务器上开设的用户帐号权限访问国际站点信息了。代理服务器每日产生日志信息，计费系统读取日志进行分析，判别国内、国际、流入、流出、全价、半价等情况，按照标准计费。日志文件格式如下：主机IP地址：用户使用计算机的IP地址。

9、用户名：用户使用代理服务器的账号名。访问时间：用来区分全价、半价区段。访问站点信息：用来区分国内、国际站点。状态码：访问是否成功？成功后计费，失败不计费。流量大小：发生的网络流量。按照教育科研网收费标准，判断当访问站点信息是国际的，状态码是成功信息，再根据访问时间是否半价及流量大小，对该用户帐号进行收费。3.1.2 拨号上网用户计费子系统的分析在我校校园网上，设立一台访问服务器，允许N条电话线同时拨入。分配了IP地址，当用户拨入时自动分配一个IP地址临时使用，当下线后，地址收回。拨号上网的用户账号和密码确认有两种方式：一种由路由器自己确认，这种方式适合小型网络；另一种由网络上的某台计算机进行身

10、份确认。我校采用第二种方式对用户身份合法性进行确认。确认方法可以采用RADIUS（国际标准）或TACACS+（CISCO网络公司专用，应用也比较普遍）两种方式，我校采用RADIUS方式进行确认。用户的每次登录和注销都会记录在一台计算机上特定的数据库中，用户拨入拨出时产生记录。在数据库中存放的主要信息有：登录用户名、登录或注销时间、登录的线路号等。对这些信息进行辨别和统计，就可以实现对电话拨号用户的计费。3.1.3 电子邮件用户计费子系统的分析我校校园网设立一台服务器作为电子邮件服务器，实现校内用户的信件任务收发任务。当用户需要发送电子邮件时，先将信息发送到电子邮件服务器上，然后再由服务器将信息

11、根据目的地址发送给相应的目的主机。接收邮件时，情况正好相反，先由我校电子邮件服务器将邮件接收到服务器上并保存到相应用户账号目录下，在用户登录或检查邮件时，再将邮件发送到用户计算机中。邮件服务器根据服务器收发信息的活动，每日产生一个日志文件，对日志文件进行分析，区别出国际、国内、流入、流出等信息，根据收费标准进行计费。日志文件格式如下：时间：发生的日期和时间。类型：服务器服务类型，有Mailbox-Deliver、SM TP-A ccept等多种类型，每种类型有不同的格式。按照SM TP-A ccept类型进行计费。信件服务器：信件来源服务器。流量：信件的大小，按字节显示。发信人：显示发信人。收

12、信人：显示收信人。按照教育科研网收费标准，判断当发信人地址是国际的，目的地址是我校服务器地址，则对我校接受信件用户帐号按照流量进行计费；当有多个收信人时分别进行计费。3.2 IP计费IP计费的特征是提供给用户基于一个源地址和目标地址交换的字节数和数据包数。只有传输的IP流量被检测到或流向外部网络，才会产生流量，这种流量是通过软件或软件终端产生的，而不包括计费统计。IP-MAC计费特征除了带有MAC地址参数外和IP计费十分类似，它对于在局域网出口上基于源和目标MAC地址的IP流量，提供计费信息。对于一个局域网出口从一个唯一的MAC地址接收或发出的包和字节的总数，MAC计费信息要计算到里面，它对于

13、最后收到或发出的包还记录一个时间段。例如利用这个特征，你可以在NAPS/peering点测定有多少流量正在从不同的点发出或接受。在以太网、快速以太网、FDDI、Cisco Express Forwarding、分布的Cisco Express Forwarding、流和优化交换上面，都支持这个特征。IP优化计费的特点是在任何一个网络分界点上对于基于优先的IP流量提供计费信息。对于一个局域网出口它接受和发出的IP数据包和字节的总数以及基于IP优先的类别，IP优先计费也要计算在内。在物理界面、子界面上都支持这个特征，它也支持Cisco Express Forwarding、分布的Cisco Exp

14、ress Forwarding、流和优化交换。IP计费技术应注意的事项：（1）只有Cisco 7200、7500系列路由器、Cisco Catalyst 5000系列交换机（带有路由器交换模块）、Cisco Catalyst 6500/7600系列交换机（带有MSFC）和Cisco 12000互连器由上支持IP计费；（2）只对流出流量支持；（3）IP计费没有流的概念。4 软件设计4.1 操作系统平台由于计费系统肩负计费和干扰两项功能，因此对安装计费系统的机器的安全性能要求非常高。所以我们选择了SUN公司的Solorix 5.4 for PC，相对于现在比较流行的Windows NT有着更好的可

15、靠性、安全性、多样性的用户管理机制。4.2 数据库平台我们采用Informix 7.0 for Unix数据库系统，在数据库中，设置了以下一些表：用户信息表、在线用户表、用户上网记录明细表、用户流量收费标准表，以及用户网络流量、上网时间、网络费用统计表及自由主机表等。这些数据库表分别用来记录用户信息、网络流量、上网时间、收费标准、网络费用等信息。4.3 开发工具我们选用GCC和Power Builder 6.5作为系统开发工具，分别用来编写通讯程序、CGI程序和数据库客户端管理程序。4.4 程序设计第一个C程序（称为路由器通讯程序）实现与路由器通讯且从Router中读取具体IP流量信息，并将此

16、流量信息按照一定的格式写到一个固定的文件文本。系统在特定的时刻启动另一个C程序（称为数据读取程序），从由路由器通讯程序生成的文本文件中按照某一格式读取数据并处理之，将处理结果写入数据库。用Power Builder编写的数据库管理程序实现对数据库中数据的相关处理，如用户管理、统计用户流量及费用等等，并按照一定的格式打印报表。用C语言编写的CGI程序实现对数据库的WEB查询、修改密码、上网登记等功能，用户可及时了解每天或每次上网的流量及其费用等信息。4.5 GCC编程器GCC是一个用于linux系统下编程的编译器。GCC又是海湾阿拉伯国家合作委员会的英文缩写。GCC（GNU Compiler C

17、ollection，GNU编译器套装），是一套由GNU开发的编程语言编译器。它是一套以GPL及LGPL许可证所发行的自由软件，也是GNU计划的关键部分，亦是自由的类Unix及苹果电脑Mac OS 操作系统的标准编译器。GCC原名为GNU C语言编译器，因为它原本只能处理C语言。GCC很快地扩展，变得可处理C+。之后也变得可处理Fortran、Pascal、Objective-C、Java,以及Ada与其他语言。虽然我们称Gcc是C语言的编译器，但使用gcc由C语言源代码文件生成可执行文件的过程不仅仅是编译的过程，而是要经历四个相互关联的步骤预处理(也称预编译，Preprocessing)、编译

18、(Compilation)、汇编(Assembly)和链接(Linking)。命令gcc首先调用cpp进行预处理，在预处理过程中，对源代码文件中的文件包含(include)、预编译语句(如宏定义define等)进行分析。接着调用cc1进行编译，这个阶段根据输入文件生成以.o为后缀的目标文件。汇编过程是针对汇编语言的步骤，调用as进行工作，一般来讲，.S为后缀的汇编语言源代码文件和汇编、.s为后缀的汇编语言文件经过预编译和汇编之后都生成以.o为后缀的目标文件。当所有的目标文件都生成之后，gcc就调用ld来完成最后的关键性工作，这个阶段就是连接。在连接阶段，所有的目标文件被安排在可执行程序中的恰当

19、的位置，同时，该程序所调用到的库函数也从各自所在的档案库中连到合适的地方。使用方法：在命令行中健入gdb并按回车就可以运行gdb了，启动gdb后，能在命令行上制定很多的选项，也可以下面的方式来运行gdb: gdb filename 用这种方式运行gdb时，能直接指定想要调试的程序。在命令行上健入gdb -h得到一个有关gdb的选项的说明简单列表。编译代码以供调试，为了使gdb工作，必须使程序在编译时包含调试信息，调试信息包含程序里的每个变量的类型，在可执行文件里的地址映射以及源代码的行号。gdb利用这些信息使源代码和机器码相关联。4.6 Power Builder介绍PowerBuilder是

20、一个图形化的应用程序开发环境。使用PowerBuilder可以很容易地开发和数据库打交道的商业化应用软件。PowerBuilder开发的应用软件由窗口构成，窗口中不仅可以包含按钮、下拉列表框及单选按钮等标准的Windows控件，还可以有PowerBuilder提供的特殊的控件。这些特殊控件可以使应用软件更容易使用，使应用软件的开发效率更高。例如，数据窗口就是PowerBuilder提供的一个集成度很高的控件，使用该控件可以很方便地从数据库中提取数据。商业化的软件开发要求有很好的移植性。PowerBuilder既可以跨平台开发，也可以发行跨平台软件。例如，在Windows XP下开发的程序，可以

21、不修改源程序而形成UNIX下的执行文件或Macintosh下的执行文件。在开发小组中，不同成员可以使用不同的开发环境，但由于PowerBuilder的支持，在不同的开发环境下看到的共享PowerBuilder对象是相同的，所以仍可以同时开发同一个应用程序。PowerBuilder是著名的数据库应用开发工具生产厂商PowerSoft公司推出的产品（PowerSoft现已被数据库厂商Sybase所收购），它完全按照客户机/服务器体系结构研制设计，在客户机/服务器结构中，它使用在客户机中，作为数据库应用程序的开发工具而存在。由于PowerBuilder采用了面向对象和可视化技术，提供可视化的应用开发

22、环境，使得我们利用PowerBuilder，可以方便快捷地开发出利用后台服务器中的数据和数据库管理系统的数据库应用程序。PowerBuilder一个很大的特点就是提出了数据窗口对象的概念。数据窗口对象也是PowerBuilder中的一种对象类型，与其它对象不同的是数据窗口对象是专门为了访问后台的数据库服务的，在数据窗口对象中我们定义了数据的来源和数据的显示风格，这样在应用程序中我们就可以把精力完全放在程序的运行流程控制上，而不用关心具体数据的来源，因为我们在数据窗口对象中已经定义好了数据的来源。如果需要使用数据库中不同的数据也只要对数据窗口对象进行修改就可以了。特别要指出的是PowerBuil

23、der在数据窗口对象中提供了丰富的数据显示方式，可以满足各种不同的需要。PowerBuilder提供了两种访问后台数据库的方式，一种是通过ODBC标准接口的方式，第二种是通过专用的接口与后台的数据库相连。ODBC的中文名字是开放式数据库连接，它是微软公司提出的数据库连接标准，使用ODBC方式连接数据库的第一步是创建数据源，比如我们可以利用WINDOWS下控制面板中的“32 BIT ODBC”选项来创建驱动某种数据库的数据源，创建好数据源之后，我们就可以在本地计算机中利用定义好的数据源存取后台数据库中的数据了。通过专用接口同后台的数据库相连，由于专用接口是针对特定的后台数据库管理系统而设计，因此

24、这种方式存取数据的速度要比采用ODBC方式存取数据的速度要快一些，如果我们的应用程序只是针对特定类型的后台数据库，当然是采用专用接口访问后台数据更快一些。5 系统调试系统调试是对本次实验所用到的软件和硬件进行调试，验证软件程序的正确性和结果仿真图形，调试硬件系统的参数指标，达到实验要求，并实现相关功能。5.1 软件调试网络流量监控的基本原理和方法：在运行TCP/IP协议的互联网环境中，管理协议标准是简单网络管理协议（Simple Network Management Protocol,SNMP）,在协议中定义了传送管理信息的协议消息格式及管理站和设备代理之间相互进行消息传送的规则。一个网络管理

25、系统一般要包括以下几个元素：1）若干个需要被管理的网络设备节点，如路由器、服务器等设备；2）至少一个管理工作站，该管理站运行着管理平台应用系统，实现为管理员提供对被管理设备的可视化图形界面，从而使管理员可以方便的进行管理；3）一个管理协议，用来定义设备代理和管理工作站之间管理信息传送打的规则。五种流量采集工具MRTG(Multi Router Traffic Grapher)、Sniffer Pro、ROM Probe、Net Detector、Netx Ray的分析：表5-1 五种流量采集工具的主要性能 表5-2 五种流量采集工具的优缺点分析5.2 硬件调试基于以态网共享总线的计费实现环境及

26、方法，区域网的互联拓扑结构如下图5-1所示：图5-1 区域网的互联拓扑结构图在上图中，若经济情况许可，整个区域网通过交换机连接到主干网上。在HUB的另一端接上交换机即可。至Internet的路由器可不在主干上，也可放在某一个子网上，不管哪一种情况，通过设置计费主机与访问路由器在同一个子网。在至Internet的线路上的R旁边加上“主机”即可实现。由于以态网的共享机制，则所有通过Router至Internet的报文均会传至主机的网络接口，通过对网卡适当设置，可以采集到所有数据。6 系统功能的实现6.1 系统能实现的功能该校园网计费系统具有以下功能：（1）用户管理功能，即通过对用户的增删和干扰来允

27、许/限制用户对外部网络的访问；（2）用户网络流量统计和费用计算功能，即通过流量统计和数据操作来计算/查询用户的流量和流量费信息；（3）干扰功能（IP欺骗功能），即通过干扰功能限制外部网络对内部网络的访问；（4）WEB查询、登记、管理功能，即用户可以在网上查询自己的流量及费用，也可以修改自己的密码。本系统信息收集、处理、管理功能中的信息流程如下图6-1所示：图6-1 系统数据流图6.2 用户功能的实现一个内部授权用户通过到计费系统中登记即可获得访问外部网络的权限。计费系统可通过HUB获得内部网络发往外部网络的IP包，并对其进行简单分析。若已有合法用户通过与IP包源地址相对应的计算机（称为用户机）

28、到计费系统中登记，则计费系统不作任何反应；否则，计费系统将伪装成此IP包的目的地址向此用户机发出远程主机无法到达等“返回”信息。分别比较用户机与目的机之间的距离和通讯线路以及用户机与计费系统之间的距离和通讯线路，不难得出；在正常的情况下，当一台没有到计费系统中登记的计算机向远程主机发出一个请求后，由于计费系统的干扰功能，用户机肯定先接受到计费系统伪装远程主机发出的“返回”信息。此时，用户机认为远程主机无法连接，不再接受从远程主机返回的信息。通过计费系统的干扰功能及数据库中增删用户的用户管理功能来限制内部网络中的计算机和人员访问外部网络的权限。6.3 用户网络流量统计和计费功能的实现计费系统要想

29、通过统计用户的流量来计算出用户的费用，则首先必须获得用户的网络信息流量。为了实现此功能，需要打开Router的IP Accouting功能，此功能可记录IP报头及IP报数据的字节数。计费系统定期或在某一特定的时刻调用路由器通讯程序，使用SNMP协议命令定时从路由器获得流量记录，并写入某一文本文件中。然后，通过数据读取程序对这些数据及报头进行分析、统计并将结果中有关数据写入数据库中。最后，根据数据库中有关数据（包括用户的流量及相应的收费标准）计算用户的网络流量费用。6.4 干扰功能的实现当有外部网络访问内部网络时，IP包经过HUB时将被复制一份传到计费系统。计费系统根据相关的限制决定是否发出干扰

30、包，伪装成此IP包的目的地址向此计算机发出错误的“返回”信息。根据与上相同的理由，外部网络计算机肯定先接收到计费系统伪装内部网络发出的“返回”信息。此时用户机认为内部网络出错，不再接受从内部网络返回的信息。这样实现了内部用户对外部因特网网络访问的限制。6.5 WEB查询、登记、管理功能的实现通过CGI程序实现对数据库的WEB查询、上网登记和修改本用户的密码，用户可及时了解每天或每次上网的信息流量及其费用。7 总结与体会对于可运营的校园网络来讲，采用合理的计费策略是校园网运营的基本保障。目前的计费策略，大多是以流量或者时长为单位进行的，网络技术人员应结合不同实际应用环境，选择出合适的数据采集方法

31、来解决网络计费管理。本次的设计经过验证和一系列的调试后相当的成功，基本达到了实验的目的和要求，能运用于现实的校园网。经过本次设计，把课本学到的知识应用到实践中，更加透彻的理解了网络运营的基本原理。8 谢辞在黄小莉老师的耐心指导下我明白了这次课程设计的重要性。在理解了目的，要求和任务的前提下，通过查看大量的相关书籍，在同学们一起努力的情况下，我终于完成了这次课程设计。感谢黄老师对我的帮助，在我遇到问题的时候耐心的为我解答，让我明白了更多的设计中的知识，同时也培养了做事细心谨慎的精神。最后感谢本年级的同学为我解决了一些不明白的难题和给我提供的资料，感谢一切帮助我的人。9 参考文献1 谢希仁计算机网

32、络（第五版）M北京：电子工业出版社,20082 陈鸣,等计算机网络实验教程，从原理到实践M北京：机械工业出版社,20073 周天明,汪文勇TCP/IP网络原理与技术M北京：清华大学出版社,19934 陈泉生Internet计费系统的设计和实现M北京：清华大学出版社,19975 严蔚敏,吴伟明数据结构M北京：清华大学出版社,19976 周世雄NT动态站点设计指南M大连：大连理工大学出版社,19977 宋书明,等Marcus Goncalves，防火墙技术指南M北京：机械工业出版社,2000附录：服务器端应用程序用MFC向导做一个基于对话框的应用程序SocketSever，注意第三步中不要选上Wi

33、ndwos Sockets选项。在做好工程后，创建一个SeverSock，将它设置为异步非阻塞模式，并为它注册各种网络异步事件，然后与自定义的网络异步事件联系上，最后还要将它设置为监听模式。在自定义的网络异步事件的回调函数中，你可以得到各种网络异步事件，根据它们的类型，做不同的处理。下面将详细介绍如何编写相关代码。在SocketSeverDlg.h文件的类定义之前增加如下定义：#define NETWORK_EVENT WM_USER+166 file: /定义网络事件SOCKET ServerSock; file: /服务器端Socket在类定义中增加如下定义：class CSocketSe

34、verDlg : CDialog public : SOCKET ClientSockCLNT_MAX_NUM; file:/存储与客户端通信的Socket的数组/*各种网络异步事件的处理函数*/void OnClose(SOCKET CurSock); file: /对端Socket断开void OnSend(SOCKET CurSock); file: /发送网络数据包void OnReceive(SOCKET CurSock); file: /网络数据包到达void OnAccept(SOCKET CurSock); file: /客户端连接请求BOOL InitNetwork(); f

35、ile: /初始化网络函数void OnNetEvent(WPARAM wParam, LPARAM lParam); file:/异步事件回调函数;在SocketSeverDlg.cpp文件中增加消息映射，其中OnNetEvent是异步事件回调函数名：ON_MESSAGE(NETWORK_EVENT,OnNetEvent)定义初始化网络函数，在SocketSeverDlg.cpp文件的OnInitDialog（）中调此函数即可。BOOL CSocketSeverDlg:InitNetwork() WSADATA wsaData; /初始化TCP协议BOOL ret = WSAStartup(

36、MAKEWORD(2,2), &wsaData);if(ret != 0) MessageBox("初始化网络协议失败!"); return FALSE;/创建服务器端套接字ServerSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);if(ServerSock = INVALID_SOCKET) MessageBox("创建套接字失败!"); closesocket(ServerSock); WSACleanup(); return FALSE;/绑定到本地一个端口上sockaddr_in localaddr;localaddr.sin_family = AF_INET;localaddr.sin_port = htons(8888); /端口号不要与其他应用程序冲突localaddr.sin_addr.s_addr = 0;if(bind(ServerSock ,(struct sockaddr*)&localaddr,sizeof(sockaddr)= = SOCKET_ERROR) MessageBox